DE3123091A1

DE3123091A1 - CRUISE CONTROL ARRANGEMENT FOR A SYNCHRONOUS MOTOR

Info

Publication number: DE3123091A1
Application number: DE19813123091
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Shizuoka Ono
Original assignee: Toei Denki Seisakusho Tokyo KK; Toshiba Machine Co Ltd; TOEI DENKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: Toshiba Kikai KK Toei Denki Kk Tokyo Jp
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-11
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB2077960A; US4384242A; IT1221044B; FR2484732A1; DE3123091C2; JPS576584A; GB2077960B; IT8148646A0; FR2484732B1

Description

TOSHIBA ΚΪΚΑΙ KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan und KABUSHIKI KAISHA TOEI DENKI SEISAKUSHO, Tokio, JapanTOSHIBA ΚΪΚΑΙ KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan and KABUSHIKI KAISHA TOEI DENKI SEISAKUSHO, Tokyo, Japan

Geschwindigkeitsregelanordnung für einen SynchronmotorSpeed control arrangement for a synchronous motor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsregelanordnung für einen Synchronmotor und zeichnet sich dadurch aus, daß sie als Fühler oder Detektor ein von der Inductsyn Corporation, USA, vertriebenes Gerät ^MInduetsyn" oder einen Resolver verwendet, der ein phasenmoduliertes Signal liefert, das als Rückführsignal benutzt wird und die Drehzahl, Drehbewegung oder Geschwindigkeit und den Drehwinkel des Motors darstellt. In einem Synchronmotor, der mit einem am Rotor angebrachten Permanentmagneten ausgerüstet ist, um das Drehfeld zu erzeugen, wie es beispielsweise bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor der Fall ist, und der eine Statorwicklung enthält, ändert sich das vom Motor erzeugte Drehmoment in einem gewissen Maße in Abhängigkeit von der Drehposition des Permanentmagneten. Setzt man einen derartigen Synchronmotor als Servomotor ein, tritt das sich ändernde Drehmoment nachteilig in Erscheinung, insbesondere während des Startens.The invention relates to a speed control arrangement for a synchronous motor and is characterized in that it uses as a sensor or detector an ^M Induetsyn "device sold by Inductsyn Corporation, USA, or a resolver which supplies a phase-modulated signal which is used as a feedback signal in a synchronous motor, which is equipped with a permanent magnet attached to the rotor to generate the rotating field, as is the case with a brushless DC motor, for example, and which has a stator winding If such a synchronous motor is used as a servomotor, the torque generated by the motor changes to a certain extent depending on the rotational position of the permanent magnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Synchronmotor eine Geschwindigkeitsregelanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, den Motor mit einem konstanten Drehmoment zu drehen. Dazu soll ein Signal von einem Detektor oder Fühler verwendet werden, der als ein Resolver oder "Inductsyn" ausgebildet ist, wobei ein phasenmoduliertes Signal erzeugt wird, das als Positionsrückf uhrsignal des Motors benutzt wird.The invention is based on the object of providing a speed control arrangement for a synchronous motor create that is able to rotate the motor with a constant torque. A signal from a Detector or sensor are used, which is designed as a resolver or "Inductsyn", whereby a phase-modulated Signal is generated as a position feedback signal of the engine is being used.

Weiterhin soll bei der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelanordnung das Geschwindigkeitsrückführsignal direkt von dem phasenmodulierten Signal gewonnen werden, d.h., daß sowohl das Positionsrückführsignal als auch das Geschwindigkeitsrückführsignal von einem Detektor erhalten werden.Furthermore, in the cruise control arrangement according to the invention the speed feedback signal can be obtained directly from the phase modulated signal, that is, both the position feedback signal and the speed feedback signal are obtained from a detector will.

Eine Geschwindigkeitsregelanordnung für einen Synchronmotor mit zwei Statorwicklungen, die elektrisch und mechanisch um 90 gegeneinander versetzt sind, und mit einem Rotor ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine vom Rotor des Motors angetriebene Einrichtung zum Erzeugen eines phasenmodulierten Signals, das eine den Drehwinkel des Rotors darstellende Komponente enthält, einen Geschwindigkeitssignalumsetzer, der ein Signal bildet, das dem Differential des Drehwinkels entspricht, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssollsignals, das der Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl des Rotors entspricht, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Geschwindigkeitssignalumsetzers und dem Geschwindigkeitssollsignal entspricht, einen Multiplizierer zum Multiplizieren des phasenmodulierten Signals mit dem Fehlersignal, eine Einrichtung zum Erzeugen von zwei Referenzsignalen mit einer Phasendifferenz von 90° und eine Synchrongleichrichtereinrichtung zum Gleichrichten des Ausgangssignals des Multiplizierers gemäß den Referenzsignalen zwecks Erzeugung von Strömen, die den Statorwicklungen des Motors zugeführt werden.A speed control arrangement for a synchronous motor with two stator windings that are electrical and mechanical are offset from each other by 90, and with a rotor is characterized according to the invention by one of the The rotor of the motor-driven device for generating a phase-modulated signal which represents the angle of rotation of the rotor component includes, a speed signal converter which forms a signal corresponding to the differential of the Rotation angle corresponds to, a device for generating a speed setpoint signal which the rotational speed or speed of the rotor, means for generating an error signal which is the difference between corresponds to the output signal of the speed signal converter and the speed setpoint signal, a multiplier for multiplying the phase modulated signal by the error signal, means for generating two Reference signals with a phase difference of 90 ° and a synchronous rectifier device for rectifying the output signal the multiplier according to the reference signals for the purpose of generating currents which the stator windings of the Motor are supplied.

■ Im folgenden soll- die Erfindung beispielshalber an Hand von Zeichnungen erläutert werdenο Es zeigtsIn the following the invention is to be explained by way of example with reference to drawings ο It shows s

FIGoI ein Blockschaltbild mit des elektrischen Aufbau, einer- Drehzahlregelanordnung nach der Erfindung^FIGoI a block diagram with the electrical structure, a speed control arrangement according to the invention ^

FI β , 2 ein Zeitdiagramm mit Signalverläufen zur ■ Erläuterung der Arbeitsweise einer bekannten Anordnung, die ein Drehzahl signal aus einem phasenaodulierten Signal" bildet, FI β, 2 a time diagram with signal curves for ■ explanation of the operation of a known arrangement which forms a speed signal from a phase-modulated signal ",

F IG ο 3 ein Blockschaltbild eines modifizierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit eine© Magnetaotor und einem Resolver_P F IG o 3 a block diagram of a modified exemplary embodiment of the invention with a magnetic motor and a resolver _P.

F I G .. A- ein Blockschaltbild eines weiteren. Ausfüh·= rungsbeispiels der Erfindung ₉ . "FIG. A- a block diagram of another. Exemplary embodiment of the invention ₉ . "

F I 0 . 5 ein Blockschaltbild einer Modifikation der Drehzahlregelanordnung ₉ bei der ein Drehzahlsignalfühler in eine Differenzierschaltung umgeändert ist,FI 0. 5 is a block diagram of a modification of the speed control arrangement ₉ in which a speed signal sensor is changed into a differentiating circuit,

F I G ο 6 ein Blockschaltbild mit den Einzelheiten eines Synchrongleichrichters und Leistungsverstärkers der in der Fig„ 1 gezeigten Anordnung₉ FI G ο 6 a block diagram with the details of a synchronous rectifier and power amplifier of the arrangement _{9 shown in FIG}

F I G ο 7 ein Schaltbild Mit den elektrischen Verbindungen eines in der Fig» 6 gezeigten Stromföhlers und mit der Sinus- und Kosinuswicklung des Synchronmotors₉ FIG ο 7 is a circuit diagram showing the electrical connections of a Stromföhlers shown in Figure "6, and with the sine and cosine winding of the synchronous motor ₉

:. F I G.. "8 ein Schaltbild eines in der Fig» 4 dargestellten Phasenschiebers und :. F I G .. "8 a circuit diagram of a phase shifter shown in FIG. 4 and

F I G ο 9 ein Schaltbild nit den Einzelheiten des Svnchrongleiehri chters »F I G ο 9 a circuit diagram with the details of the Svnchrongleiehri chters »

Das in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine numerische Steuerungseinheit 11 mit einem Drehzahlsollsignalgenerator 11-1 zum Erzeugen einer Befehls- oder Sollspannung V_rei, die der Drehzahl eines Synchronmotors 20 entspricht, und mit einer Recheneinheit 11-2, die eine Positionsrückführgröße berechnet. Bei dem gezeigten Beispiel wird der Recheneinheit 11-2 ein phasenmoduliertes Signal E sin (oJt+θ) zugeführt, wobei E eine Spannung und θ ein Drehwinkel oder eine Drehposition des Rotors des Motors darstellt.The embodiment of the invention shown in FIG. 1 contains a numerical control unit 11 with a speed setpoint signal generator 11-1 for generating a command or setpoint voltage V _rei , which corresponds to the speed of a synchronous motor 20, and with an arithmetic unit 11-2, which is a position feedback variable calculated. In the example shown, the arithmetic unit 11-2 is supplied with a phase-modulated signal E sin (oJt + θ), where E represents a voltage and θ represents a rotation angle or a rotation position of the rotor of the motor.

Ein Addierer (oder Subtrahierer) 12 dient zur Erzeugung eines Differenz- oder Fehlersignals ERR, das die Differenz zwischen dem Drehzahlsollsignal V__Q^ und einem Ausgangssi-An adder (or subtracter) 12 is used to generate a difference or error signal ERR, which is the difference between the speed setpoint signal V_ _Q ^ and an output

dö
gnal K 2E g^ darstellt, das von einem Drehzahlsignalumsetzer 15 geliefert wird, wobei K eine Konstante ist. Das Fehlersignal ERR wird in einem Verstärker 13 mit einem Koeffizienten K1 multipliziert, und das resultierende Verstärkerausgangssignal gelangt an einem Eingangsanschluß A eines Multiplizierers 14, dessen anderem Eingangsanschluß B das phasenmodulierte Signal E sin (cyt+θ) von einem Fühler 21 zugeführt wird. Am Ausgang des Multiplizierverstärkers 14 erscheint daher das folgende Signal:dö
gnal K 2E g ^ supplied by a speed signal converter 15, where K is a constant. The error signal ERR is multiplied by a coefficient K1 in an amplifier 13, and the resulting amplifier output signal arrives at an input terminal A of a multiplier 14, the other input terminal B of which is supplied with the phase-modulated signal E sin (cyt + θ) from a sensor 21. The following signal therefore appears at the output of the multiplier amplifier 14:

K1 -ERR-E sin (Wt+Θ) = EK1 (V_ref - K2E§|) sin (GJt + Θ)K1 -ERR-E sin (Wt + Θ) = EK1 (V _ref - K2E§ |) sin (GJt + Θ)

Ein Synchrongleichrichter 16 arbeitet als Phasendiskriminator und dient dazu, das Ausgangssignal des Multiplizierers 14 synchron mit einem Referenzsignal S1 gleichzurichten. Das Ausgangssignal des Synchrongleichrichters 16 wird in einem Leistungsverstärker 17 verstärkt und gelangt dann an die eine Statorwicklung des Synchronmotors 20.A synchronous rectifier 16 works as a phase discriminator and serves to rectify the output signal of the multiplier 14 in synchronism with a reference signal S1. The output signal of the synchronous rectifier 16 is amplified in a power amplifier 17 and arrives then to one stator winding of synchronous motor 20.

Darüber hinaus wird das Ausgangssignal des Multiplizie rers 14 einem weiteren als Phasendiskriminator arbeitenden Synchrongleichrichter 18 zugeführt, der das ihm zugeführte Signal synchron mit einem Referenzsignal S2 gleichrichtet.In addition, the output of the multiply rers 14 fed to a further synchronous rectifier 18 working as a phase discriminator, which is fed to it Signal rectified synchronously with a reference signal S2.

Nach Verstärkung in einem Leistungsverstärker 19 gelangt das Ausgangssignal des Synchrongleichrichters 18 zur anderen Statorwicklung des Synchronmotors 20_o Die Referenzsignale S1 und S2 stammen von einem Oszillator 23p und diese Signale stellen entweder eine sinusförmige oder eine rechteckförmige Schwingung in Form von Spannungen dar₉ die zueinander eine Phasendifferenz von 90° haben»After amplification in a power amplifier 19, the output signal of the synchronous _{rectifier 18 reaches the other stator winding of the synchronous motor 20 o} The reference signals S1 and S2 come from an oscillator 23p and these signals represent either a sinusoidal or a square wave oscillation in the form of voltages ₉ which have a phase difference to one another to have from 90 ° »

Im Falle-einer "sinusförmigen Spannung lassen sich die Referenzsignale S1 und S2 wie folgt darstellen? .In the case of a "sinusoidal voltage, the Represent reference signals S1 and S2 as follows? .

S1 » S sin (cat + 9)
- S2 = E cos ((Ot + 9)S1 »S sin (cat + 9)
- S2 = E cos ((Ot + 9)

Der Zweck des Detektors oder Fühlers 21 besteht darin_s das phasenmodulierte Signal E sin (©t+θ) so zu erzeugen» daß der Fühler beim Antrieb durch den Rotor des Motors 20 durch einen Resolver ersetzt werden kann»The purpose of the detector or sensor 21 is _s to generate the phase modulated signal E sin (t © + θ) so 'that the sensor can be replaced when driven by the rotor of the motor 20 by a resolver "

Wenn das phasenmodulierte Signal durch einen vom Motor 20 linear bewegten Körper erzeugt wird«," kann man das eingangs genannte Gerät ^wInductsyn^ra vom linearen Typ verwenden.. Die Referenzsignale S1 und S2 dienen als Erregerspannungen für den Fühler 21„ If the phase-modulated signal is generated by a body moved linearly by the motor 20 "," one can use the above-mentioned device ^w Inductsyn ^{ra of} the linear type. The reference signals S1 and S2 serve as excitation voltages for the sensor 21 "

Der Zweck des Drehzahlsignalumsetzers 15 besteht darin, aus dem phasenmodulierten Signal E sin (fest +Q) ein den Drehwinkel 0 betreffendes Geschwindigkeits- oder Drehzahlsignal zu erhalten j d.h. ein differenziertes Signal g^«, Zur Bildung des Geschwindigkeits- oder Drehzahlsignals gibt es viele Verfahren= Bei einer bekannten Methode nach der Fig» 2 wird beispielsweise der Drehwinkel 9 durch Digitalverarbeitung abgeleitet, und der Drehwinkel 9 wird dann differenziert. Für diese Methode benötigt man allerdings einen komplizierten Schaltungsaufbaus, so daß es von Vorteil ist, eine Schaltungsanordnung zu veri-jenden_s die das Signal einer Analogverarbeitung unterziehtj, wie es in der Fig» 5 gezeigt ist.The purpose of the speed signal converter 15 is to obtain a speed or speed signal relating to the angle of rotation 0 from the phase-modulated signal E sin (fixed + Q), ie a differentiated signal g ^ «. There are many methods for generating the speed or speed signal = In a known method according to FIG. 2, for example, the angle of rotation 9 is derived by digital processing, and the angle of rotation 9 is then differentiated. This method, however, one needs a complicated circuit structure, so that it is advantageous to provide a circuit arrangement to veri-Jenden _s unterziehtj the signal of an analog processing, as shown in Fig '. 5

Das am Ausgang des Drehzahlsignalumsetzers 15 auftretende Ausgangssignal K2E-T=· (vergleiche Fig. 5) gelangt dann zum Addierer 12, um das Fehlersignal ERR zu bilden. Zwischen den Addierer 12 und den Drehzahlsignalumsetzer 15 kann man einen mit gestrichelten Linien eingezeichneten Phaseneinsteller 22 einschalten, und zwar für einen Fall, bei dem es schwierig ist, den Fühler 21 genau bei einer Winkelposition anzubringen, bei der ein maximales Drehmoment erzeugt wird. Einzelheiten des Phaseneinstellers 22 werden später an Hand der Fig. 9 erläutert. Für die Zwecke der Beschreibung wird anstelle der Verwendung des Drehzahlsignalumsetzers 15 ein Fall betrachtet, bei dem die Recheneinheit 11-2 benutzt wird, um θ zu differenzieren. Wie es aus dem Zeitdiagramm nach der Fig. 2 hervorgeht, werden im Drehzahlsignalumsetzer während der Dauer von Phasenwinkeln oder Winkelabständen Q^ und θρ zwischen dem Anstieg des einen Referenzsignals S1 (Rechteckschwingung) und Zeitpunkten t^ und ^* ^bei denen das phasenmodulierte Signal E sin (Qt + Θ) durch den Nullpunkt geht, die Anzahlen n1 und n2 von Taktimpulsen gezählt. Eine Größe An, die den absoluten Wert der Differenz zwischen n2 und n1 darstellt, entspricht dem Drehwinkel des Motors 20 während einer Zeitperiode = &Λ. Wenn die Winkelgeschwindigkeit O hinreichend groß ist, um die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl genau zu erfassen, entspricht demzufolge Δη dem Drehwinkel während einer Periode t, d.h. der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl. Wenn folglich An durch die Recheneinheit 11-2 berechnet und dann in eine analoge Größe durch einenDigital-Analog-Umsetzer 11-3 umgesetzt wird, erhält man dieselbe Funktion wie mit dem Drehzahlsignalumsetzer 15.The output signal K2E-T = · (see FIG. 5) occurring at the output of the speed signal converter 15 then reaches the adder 12 in order to form the error signal ERR. Between the adder 12 and the speed signal converter 15, a phase adjuster 22 drawn in with dashed lines can be switched on, specifically for a case in which it is difficult to mount the sensor 21 precisely at an angular position at which a maximum torque is generated. Details of the phase adjuster 22 will be explained later with reference to FIG. For the purpose of description, instead of using the speed converter 15, consider a case where the arithmetic unit 11-2 is used to differentiate θ. As can be seen from the timing diagram according to FIG. 2, in the speed signal converter during the period of phase angles or angular distances Q ^ and θρ between the rise of a reference signal S1 (square wave) and times t ^ and ^ * ^at which the phase-modulated signal E sin (Qt + Θ) goes through the zero point, counting the numbers n1 and n2 of clock pulses. A quantity An, which represents the absolute value of the difference between n2 and n1, corresponds to the rotation angle of the motor 20 during a period of time = & Λ. If the angular speed O is sufficiently large to accurately detect the speed or rotational speed, accordingly Δη corresponds to the angle of rotation during a period t, ie the speed or rotational speed. Thus, when An is calculated by the arithmetic unit 11-2 and then converted into an analog quantity by a digital-to-analog converter 11-3, the same function as that of the speed signal converter 15 is obtained.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem als Synchronmotor ein zweipoliger bürstenloser Gleichstrommotor 2OA verwendet wird, wobei diejenigen Teile, die Teilen nach der Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Der Rotor 20A-3 des Motors 20A- enthält einen Permanentmagneten, wohingegen die3 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which a two-pole brushless motor is used as the synchronous motor DC motor 2OA is used, with those parts that correspond to parts of FIG the same reference numerals are provided. The rotor 20A-3 of the motor 20A- contains a permanent magnet, whereas the

Statorwicklungen von einer Kosinuswicklung 20A-1 und einer Sinuswicklung 20A-2 gebildet werden? die eine" elektrische und mechanische Phasendifferenz von 90° zueinander haben.Stator windings from one cosine winding 20A-1 and one Sinus winding 20A-2 are formed? the one "electric and have a mechanical phase difference of 90 ° from one another.

. Ein Resolver 21A₉ der wie der in der Figo 1 gezeigte Fühler 21 wirkt, ist an der Welle 24A des Rotors 20A-3 angebracht, und rechteckförsäige Referenzsignale S1 und S2 xrerden von einem auch in der Figo 1 gezeigten Oszillator 23 den Statorwicklungen 21A-I .und 21A-2 des Resolvers 21A zugeführt. Somit wird in der Sekundärwicklung 21A-3 des Resellers 21A ein phasenmoduliertes Signal Ξ sin (üt + Q) induziert, vrobei E die induzierte Spannung und Q die Winkelposition des Rotors 20A-3 darstellt.. A resolver 21A _9, which acts like the sensor 21 shown in FIG. 1, is attached to the shaft 24A of the rotor 20A-3, and rectangular reference signals S1 and S2 are earthed by an oscillator 23 also shown in FIG. 1 to the stator windings 21A-I .and 21A-2 of the resolver 21A. A phase-modulated signal Ξ sin (üt + Q) is thus induced in the secondary winding 21A-3 of the reseller 21A, where E represents the induced voltage and Q represents the angular position of the rotor 20A-3.

Eine weitere Modifikation ist in der Fig» '4 gezeigt.» Das phasenmodulierte Signal E sin (&)t + Q)₅, das vom Resolver 21A erzeugt wird, gelangt zu dem Multiplizierer 14, nachdem es in seiner Phase in einem Phaseneinsteiler 24 eingestellt worden istj, an dessen Ausgang somit ein Signal E sin (cat + Q -9 ) auftritt₉ xrobei 9 den Betrag der eingestellten Phase darstellt» Mit des .Phaseneinsteller 24 kann man eine mangelnde winkelraäßige Ausrichtung zwischen der .Sekundärwicklung 21A-3 des Resolvers 21A und des Dauermagneten 20A-3 des Motors 2OA kompensieren» Angesichts des elektrischen Phaseneinstellers ist es daher nicht mehr notwendig, eine schwierige mechanische feine Positionsausrichtung der beiden Rotoren 20A-3 und 21A-3 vorzunehmen.Another modification is shown in FIG. The phase-modulated signal E sin (&) t + Q) ₅ , which is generated by the resolver 21A , reaches the multiplier 14 after its phase has been set in a phase adjuster 24, at whose output a signal E sin (cat + Q -9) occurs ₉ xro at 9 represents the amount of the set phase »With the phase adjuster 24 you can compensate for a lack of angular alignment between the secondary winding 21A- 3 of the resolver 21A and the permanent magnet 20A-3 of the motor 2OA of the electric phaser, it is therefore no longer necessary to make a difficult mechanical fine positional alignment of the two rotors 20A-3 and 21A-3.

Der Phaseneinsteller 24 kann durch eine widerstände und Kondensatoren enthaltende Schaltung gebildet werden, die die Phase vorschiebt oder verzögert» Dazu wird auf die Fig, 9 verwiesen. The phase adjuster 24 can be formed by a circuit containing resistors and capacitors, which advances or delays the phase. For this, reference is made to FIG .

Die Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Äusführungsform des DrehzahlSignalumsetzers 15« Wie man der Fig. 5 entnehmen kann, wird das phasenmodulierte Signal E sin (Qt -f 9) einemFigure 5 is a block diagram of one embodiment of the speed signal converter 15 «As can be seen in FIG can, the phase-modulated signal E sin (Qt -f 9) a

Differenzierglied 15-1 zugeführt, an dessen Ausgang somit ein Ausgangssignal E (Q) + -rr) cos θ ((Jt + 0) auftritt, das an einen selektiven Verstärker 15-3 und eine Wellenformerschaltung 15-2 gelegt wird, die das Ausgangssignal des Differenzierglieds 15-1 in eine rechteckförmige Schwingung formt, die durch die folgende Fourier¹sehe Reihe dargestellt werden kann:Differentiator 15-1 supplied, at the output of which thus an output signal E (Q) + -rr) cos θ ((Jt + 0) occurs, which is applied to a selective amplifier 15-3 and a waveform shaping circuit 15-2, which the output signal of the differentiating element 15-1 into a rectangular oscillation, which can be represented by the following Fourier ¹ series:

EdOos (cot + Θ) + 2f (not).EdOos (cot + Θ) + 2f (not).

Der selektive Verstärker 15-3 verstärkt eine Komponente der Grundfrequenz cd /21Γ der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Differenzierglieds 15-1 und der Wellenformerschaltung 15-2. Somit verstärkt der selektive Verstärker 15-3 mit einem Faktor von K2 nur die Komponente Q)/21Γ der DifferenzThe selective amplifier 15-3 amplifies a component of the fundamental frequency cd / 21Γ the difference between the output signals of the differentiator 15-1 and the waveform shaping circuit 15-2. The selective amplifier 15-3 thus amplifies only the component Q) / 21Γ of the difference with a factor of K2

JEc<)cos (GJt + 9) + Ξ || cos (ujt + O)] - [Ecü cos (Qt + 0) +2f (nut)] = E H cos (Qt + Q)-Zf (nut)JEc <) cos (GJt + 9) + Ξ || cos (ujt + O)] - [Ecü cos (Qt + 0) + 2f (nut)] = EH cos (Qt + Q) -Zf (nut)

und erzeugt dann ein Ausgangs signal K2E ^ cos (cjt + Θ). Dieses Ausgangssignal wird in einem Synchrongleichrichter 15-5 mit einem vorgeschalteten Transformator 15-4 unter Verwendung des Ausgangssignals der Wellenformerschaltung 15-2 als ein Referenzsignal gleichgerichtet. Der Synchrongleichrichter 15-5 liefert daher das folgende Ausgangssignal:and then generates an output signal K2E ^ cos (cjt + Θ). This output signal is in a synchronous rectifier 15-5 with an upstream transformer 15-4 Using the output signal of the wave shaping circuit 15-2 as a reference signal is rectified. The synchronous rectifier 15-5 therefore provides the following output signal:

N =K2e||N = K2e ||

Die Fig. 6 zeigt Einzelheiten des in der Fig. 1 gezeigten Synchrongleichrichters 16 und des in der Fig. 1 gezeigten Leistungsverstärkers 17. Dem Synchrongleichrichter 16 wird das Ausgangssignal K1 · ERR·E sin· (cJt + 0) = Ki*E(V_ref - K2E ||) sin (<üt + Θ) des in der Fig. 1 dargestellten Multiplizierers 14 und das Referenzsignal S1, bei6 shows details of the synchronous rectifier 16 shown in FIG. 1 and the power amplifier 17 shown in FIG. 1. The synchronous rectifier 16 receives the output signal K1 · ERR · E sin · (cJt + 0) = Ki * E (V _ref - K2E ||) sin (<üt + Θ) of the multiplier 14 shown in FIG. 1 and the reference signal S1 at

dem es sich um eine sinusförmige Schwingung sin<ät oder eine damit synchrone rechteckförmige Schwingung handelt ₉ zugeführt, so daß der Gleichrichter ein Ausgangssignal K1 · ERR · E cos Q liefert»which is a sinusoidal oscillation sin <ät or a synchronous rectangular oscillation _{9 is} supplied so that the rectifier supplies an output signal K1 · ERR · E cos Q »

Der Leistungsverstärker 17 enthält einen Addierer 17-1"» einen Stromsteuerverstärker 17-2, einen Xmpulsbreitenmodulator 17-3» der das Ausgangssignal des Verstärkers 17-2 einer Impulsbreitenmodulation unterzieht_s und einen Stromdetektor oder Stromfühler 17-4«, Der Leistungsverstärker 17 legt den verstärkten Strom an die Kosinpswieklung des Motors 20» Der Stromfühler 17-4 führt den erfaßten Strom zum Addierer 17-1 zurück.The power amplifier 17 includes an adder 17-1 "" a current control amplifier 17-2, a Xmpulsbreitenmodulator 17-3 "which subjects the output of the amplifier 17-2, a pulse width modulation _s and a current detector or current sensor 17-4," The power amplifier 17 applies the amplified current to the cosine wave of the motor 20 »The current sensor 17-4 feeds the detected current back to the adder 17-1.

Die Fig. 7 zeigt die Verbindungen des Xmpulsbreitenmodulators 17-3, des Stromfühlers 17-4 some der Kosinus- und Sinuswicklung des Motors 20» Impulsbreitenmodulierte Steueroder Tor signale G1 bis G4, die vom Impulsbreitenmodulator 17-3 erzeugt werden, liegen an den Basiselektroden von Leistungstransistoren T_r^ bis Ty^s um die Kosinuswieklung mit Strom zu speisen, wenn die Transistoren T^ und T_ri|> eingeschaltet sind, und um die Sinuswicklung mit Strom zu speisen, wenn die Transistoren-T_r1 und T^ eingeschaltet sind«7 shows the connections of the pulse width modulator 17-3, the current sensor 17-4 some of the cosine and sine windings of the motor 20 Power transistors T _r ^ to Ty ^ s to feed the cosine weight with current when the transistors T ^ and T _{ri |> are} switched on, and to supply the sine winding with current when the transistors T _r1 and T ^ are switched on «

. ' Ist beispielsweise der Transistor T_r2 eingeschaltet, fließt Strom durch die Kosinuswicklung» und zwar vom positiven Anschluß einer Gleichspannungsquelle VS über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T_r2> sowie einen Widerstand R„ durch die Kosinuswicklung «nd von dort zurück zu einer Mittenanzapfung CM der Spannungsquelle VS. Ist dem gegenüber der Transistor T^ eingeschaltet, fließt in entsprechender ¥eise Strom durch die Sinuswicklung über einen Widerstand R„<, Ist der Transistor T , oder der Transistor Τ_λ'eingeschaltet, fließt Strom durch die Sinuswicklung oder Ko Sinuswicklung ρ und zwar durch den Widerstand R„ oder R„ in entgegengesetzter Richtung„ Die Transistoren T_r1 . If, for example, the transistor T _{r2 is} switched on, current flows through the cosine winding "from the positive terminal of a DC voltage source VS via the collector-emitter path of the transistor T _r2 " and a resistor R "through the cosine winding" nd from there back to one Center tap CM of voltage source VS. If the transistor T ^ is switched on, a corresponding current flows through the sinusoidal winding via a resistor R "<. If the transistor T, or the transistor Τ_λ" is switched on, current flows through the sinusoidal winding or Ko sine winding ρ through the Resistance R "or R" in the opposite direction "The transistors T _r1

bis T_r4 arbeiten daher als Schalterelemente, um Wechselströme durch die Sinus- und Kosinuswicklung zu schicken. Die Widerstände R_c und FU entsprechen dem in der Fig. 6 gezeigten Stromfühler 17-4. Die Spannungen V_c und Vg über diesen Widerständen werden als die Spannungen verwendet, die zum Addierer 17-1 zurückgeführt werden.to T _r4 therefore work as switch elements to send alternating currents through the sine and cosine windings. The resistors R _c and FU correspond to the current sensor 17-4 shown in FIG. The voltages V _c and Vg across these resistors are used as the voltages that are fed back to adder 17-1.

Die Fig. 8 zeigt Einzelheiten des Phaseneinstellers 24 der Fig. 4, (22 in Fig. 1), der einen Operationsverstärker 24-9 mit einem Eingangsanschluß T enthält, an den das Ausgangssignal E sin (idt +.0) des Resolvers 21A über einen Eingangswiderstand 24-1 gelegt ist. Dem Eingangswiderstand 24-1 ist eine Reihenschaltung aus einem veränderbaren Widerstand 24-2, einem Kondensator 24-3 und einem Widerstand 24-4 parallelgeschaltet. Zwischen dem Eingangsanschluß T und einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 24-9 ist eine Rückführschaltung geschaltet, die in der gezeigten Weise von Widerständen 24-6 und 24-8 sowie einem Kondensator 24-7 gebildet wird. Durch Einstellen des veränderbaren Widerstands 24-2 läßt man den Operationsverstärker 24-9 an seinem Ausgang ein Signal -E sin· (c«Jt + 9 -f ) erzeugen, wobeif ein positiver oder negativer Phasenwinkel ist, d.h. eine Phasenvoreilung oder Phasennacheilung. Der andere Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 24-4 ist über einen Widerstand 24-5 an Masse angeschlossen.FIG. 8 shows details of the phase adjuster 24 of FIG. 4, (22 in FIG. 1), which is an operational amplifier 24-9 with an input terminal T, to which the output signal E sin (idt +.0) of the resolver 21A via an input resistor 24-1 is laid. The input resistor 24-1 is a series connection of a variable resistor 24-2, a capacitor 24-3 and a resistor 24-4 are connected in parallel. Between the input terminal T and an output terminal of the operational amplifier 24-9 is a Feedback circuit connected in the manner shown by resistors 24-6 and 24-8 and a capacitor 24-7 is formed. Adjusting the variable resistor 24-2 leaves the operational amplifier 24-9 at its output generate a signal -E sin · (c «Jt + 9 -f), where if a positive or negative phase angle, i.e. a phase lead or phase lag. The other input terminal of the operational amplifier 24-4 is through a resistor 24-5 connected to ground.

Die Fig. 9 zeigt Einzelheiten einer Ausführungsform des in den Fig. 1 und 6 dargestellten Synchrongleichrichters 16. Er enthält eine Wellenformerschaltung 16A, die ein eingangsseitiges Referenzsignal S1, d.h. eine Schwingung sin CUt, in eine rechteckförmige Schwingung umformt, sowie Verstärker 16-1 und 16-2, die die Phasen ihrer Eingangssignale um 21Γ verschieben. Dem Verstärker 16-1 wird das Ausgangssignal der Wellenformerschaltung 16A zugeführt, wohingegen an den Eingang des Verstärkers 16-2 das Ausgangssignal des Multiplizierers 14 gelegt wird. Die Gate-Elektrode eines Feldeffekttran-FIG. 9 shows details of an embodiment of the synchronous rectifier 16 shown in FIGS. 1 and 6. It includes a waveform shaping circuit 16A which has an input side Reference signal S1, i.e. an oscillation sin CUt, converted into a square-wave oscillation, as well as an amplifier 16-1 and 16-2, which change the phases of their input signals by 21Γ move. The output signal of the wave shaping circuit 16A is fed to the amplifier 16-1, whereas to the input of the amplifier 16-2, the output signal of the multiplier 14 is applied. The gate electrode of a field effect tran

sistors FET1 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 16-1 über eine Diode d1 verbunden, so daß bei einem hohen Pegel von "1" am Ausgang des Verstärkers 16-1 der Transistor PET1 eingeschaltet wird. Während einer Zeitspanne„ in der das rechteckförmige Ausgangssignal SIQA des Verstärkers 16-1 auf dem hohen Pegel ^M1^M ist, ist das Ausgangssignal K1*ERR«E sin (GJt + ©) positiv, so daß dieses Ausgangssignal zu einem Eingang eines Addierers 16-3 gelangt„ der in Form eines Operationsverstärkers vorgesehen ist, und zwar über die Source-Elektrode SO1 und die Drain-Elektrode DR1 des Feldeffekttransistors FET1 sowie über einen Widerstand RA. Widerstände r1 und r2 sind zwisohen die Source-Elektrode und Gate-Elektrode des Feldeffekttransisotrs FET1 bzw« eines Feldeffekttransistors FET2 geschaltet, und zwischen dem Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß des Addierers 16-3 befindet sich ein Widerstand r^, der den Verstärkungskoeffizienten des Addierers bestimmt. Der Gate-Elektrode g2 des anderen Feldeffekttransistors FET2 wird über eine Diode d2 das Ausgangssignal SIQB der Wellenformerschaltung 16A zugeführt. Die Source-Elektrode S02 des Feldeffekttransistors FET2 ist an den Ausgang des Verstärkers 16-2 angeschlossen. Die Drain-Elektrode DR2 des Feldeffekttransistors FET2 ist über einen Widerstand RB rait dem Eingangsanschluß des Addierers 16-3 verbunden. Wenn das Ausgangssignal SIQA gleich ⁿOⁿ ist, hat das Ausgangssignal SIQB der Wellenformerschaltung 16A einen hohen Pegel ^M1ⁿ. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 14 ist jetzt auch negativ und wird vom Verstärker 16-2 invertiert, um positiv zu werden. Dieses positive Signal wird der Source-Elektrode S02 des Feldeffekttransistors FET2 zugeführt, so daß dieser eingeschaltet wird* Folglich gelangt von der Drain-Elektrode DR2 ein Ausgangssignal zum Addierer 16-3, so daß dieser Addierer ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Strom entspricht, den man durch synchrones Gleichrichten (Vollweggleichrichtung) des Ausgangssignals des Multiplizierers 14 in Übereinstimmung mit dem Referenzsignal S1, d.h. mit sinQ)t erhält.The transistor FET1 is connected to the output of the amplifier 16-1 via a diode d1, so that the transistor PET1 is switched on at a high level of "1" at the output of the amplifier 16-1. During a period in which the square-wave output signal SIQA of the amplifier 16-1 is at the high level ^M 1 ^M , the output signal K1 * ERR «E sin (GJt + ©) is positive, so that this output signal is sent to an input of an adder 16 -3 "which is provided in the form of an operational amplifier, namely via the source electrode SO1 and the drain electrode DR1 of the field effect transistor FET1 and via a resistor RA. Resistors r1 and r2 are connected between the source electrode and gate electrode of the field effect transistor FET1 or a field effect transistor FET2, and between the input terminal and output terminal of the adder 16-3 there is a resistor r ^ which determines the gain coefficient of the adder. The gate electrode g2 of the other field effect transistor FET2 is supplied with the output signal SIQB of the wave shaping circuit 16A via a diode d2. The source electrode S02 of the field effect transistor FET2 is connected to the output of the amplifier 16-2. The drain electrode DR2 of the field effect transistor FET2 is connected to the input terminal of the adder 16-3 via a resistor RB. When the output signal SIQA is equal to ⁿ O ⁿ , the output signal SIQB of the wave shaping circuit 16A has a high level ^M 1 ⁿ . The output of multiplier 14 is now also negative and is inverted by amplifier 16-2 to become positive. This positive signal is fed to the source electrode S02 of the field effect transistor FET2 so that it is turned on is obtained by synchronously rectifying (full-wave rectification) the output signal of the multiplier 14 in accordance with the reference signal S1, ie with sinQ) t.

Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Detektor oder Fühler ein Resolver ist oder ein "Inductsyn", das ein phasenmoduliertes Signal erzeugt, für den Detektor oder Fühler verwendet wird, um ein Positionssignal und ein Geschwindigkeitssignal zu erlangen, ist es nicht erforderlich, einen Tachogenerator zu benutzen, um das Geschwindigkeitssignal wie in herkömmlichen Geschwindigkeitsregelanordnungen abzuleiten..Since in the arrangement according to the invention, the detector or sensor is a resolver or an "Inductsyn" which is a phase modulated signal generated, used for the detector or probe, a position signal and a speed signal It is not necessary to use a tachometer generator to obtain the speed signal as in conventional speed control arrangements derive ..

Da weiterhin bei der erfindungsgemäßen Anordnung das vom Detektor oder Fühler erzeugte phasenmodulierte Signal dem einen Eingang eines Multiplizierers zugeführt wird, nimmt man eine synchrone Gleichrichtung des Ausgangssignals des Multiplizierers vor und führt dann das synchron gleichgerichtete Signal der Sinuswicklung bzw. Kosinuswicklung, des Synchronmotors zu. Auf diese Weise ist es möglich, die Steuer- oder Regelanordnung als analoge Schaltung aufzubauen, die wesentlich einfacher als bekannte Steuer- oder Regelanordnungen dieser Art ist.Furthermore, in the arrangement according to the invention, the phase-modulated signal generated by the detector or sensor to which one input of a multiplier is fed, a synchronous rectification of the output signal of the multiplier is carried out and then the synchronously rectified Signal of the sine winding or cosine winding of the synchronous motor. In this way it is possible to use the Build control or regulating arrangement as an analog circuit, which is much simpler than known control or Rule arrangements of this type is.

Claims

Patent attorneys

Reichelu-Reichel "'- ..': ΊΊ -.,: -: -2228.

6 Frankfurt a. M. 1 - - ^: - ■ - "- ■"" ^: 3123091 Parksiraßel3

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan and KABUSHIKI KAISHA TOEI DENKI SEISAKUSHO, Tokyo, Japan

Claims

TJ "speed control arrangement for a synchronous motor with two stator windings, which are electrically and mechanically in order 90 ° offset from each other, and with a rotor, characterized by:

a device (21;) driven by the rotor (20A-3); 21A) for generating a phase-modulated signal which contains a component representing the angle of rotation of the rotor,

a speed signal converter (15) for forming of a signal that corresponds to a differential of the angle of rotation,

a device (11-1) for generating a speed setpoint signal, which corresponds to a rotational speed of the rotor,

a device (12) for generating an error signal, that of the difference between the signal formed by the speed signal converter and the speed setpoint signal is equivalent to,

a multiplier (14) for multiplying the phase modulated Signal with the error signal,

means (23) for generating two reference signals with a mutual phase difference of 90 ° and

a synchronous rectifier device (16, 18) for rectifying the output signal of the multiplier (14) in accordance with the reference signals for generating currents flowing to the stator windings (20A-1, 20A-2) of the motor (20; 20A) are supplied.

2. Cruise control arrangement according to claim 1, characterized in that that a phase adjuster (22; 24) between the multiplier (14) and the means (21; 21A) for generating the phase-modulated signal is switched.

3. Cruise control arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed signal converter (15) contains: a differentiator (15-1) »to which the phase-modulated signal is fed, a wave-shaping circuit (15-2) which is connected to the Output of the differentiator is connected to a selective amplifier (15-3), the difference between the output signal of the differentiator and the output of the waveform shaping circuit, and a synchronous rectifier (15-5), which is the output signal of the selective amplifier rectifies in accordance with the output signal of the wave shaping circuit.

4. Speed control arrangement according to claim 1 or 2, characterized by a computing unit (11-2) which computes the angle of rotation of the rotor during a period, and a digital-to-analog converter (11-3), which converts the output signal of the arithmetic unit into an analog variable that of the device (12) for generating of the error signal is supplied,

5. Cruise control arrangement according to one of the preceding claims,

characterized in that the motor (20A) has a rotor (20A-3) with a permanent magnet contains that the stationary windings contain a sine winding (20A-1) and a cosine winding (20A-2), which are electrically and mechanically offset from one another by 90 °, and that the device for generating the phase-modulated Signals a resolver (21A) with two stator windings (21A-1, 21A-2), which are excited by the reference signals, and having a rotor winding (21A-3) extending through the Rotor (20A-3) of the motor (20A) is rotated to generate the phase modulated signal.

6. Cruise control according to one of the preceding claims,

characterized _s that a power amplifier (17, 19) is inserted between the synchronous rectifier means (16, 18) and each one of the stator windings (20A-1, 20A-2) connected, which includes: a current control amplifier (17-2) coupled to an Output terminal of the synchronous rectifier device is connected, a pulse strife modulator (17-3), which subjects the output signal of the current control amplifier to pulse width modulation, and a current sensor (17-4) which is connected between the pulse width modulator and the one stator winding to the sensed current to an input terminal of the current control amplifier,

7- speed control arrangement according to claim 2, characterized, that the phaser (24) includes; an operational amplifier (24-9), one input terminal of which is the phase modulated Signal is fed via a resistor (24-1), a series circuit connected in parallel to this resistor (24-1) from a variable resistor (24-2) and a capacitor (24-3) and a feedback circuit (24-6, 24-7, 24-8), which is connected between the output terminal and the input terminal of the operational amplifier (24-9).

8. Cruise control arrangement according to one of the preceding claims,

thereby geken η ζ e i c h η e t, that the synchronous rectifier device includes: a first amplifier (16-1) for amplifying the one reference signal, a second amplifier (16-2) for amplifying the output signal of the multiplier, a first field effect transistor (FET1), whose gate electrode to the output of the first amplifier and whose source electrode to the output of the multiplier is connected, a second field effect transistor (FET2), at whose gate electrode the other reference signal is placed and its source electrode with the

Output of the second amplifier is connected, and an adder (16-3) to which the output signals are applied, which occur at the drain electrodes of the first and the second Pelde effect transistor.